[发明专利]一种超薄二维纳米片层NiCo-MOF材料、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超级电容器用超薄二维纳米片状材料Ni‑Co‑MOF的制备方法。利用金属盐和咪唑类化合物为原料，在水中溶解后在一定温度下进行反应，通过调控反应物之间的比例和反应条件制得超薄二维纳米金属有机框架材料。该方法绿色环保，过程简单，所得电极材料具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，涉及一种超薄二维纳米片层NiCo-MOF材料、其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器作为一种新型的储能器件，具有远高于锂离子电池的功率密度，同时又具有比较可观的能量密度，填补了大功率储能设备的不足。此外，超级电容器还具有充放电速度快、循环寿命长、绿色环保等优点，因而被广泛应用于工业大型UPS电源系统、电动汽车及航空航天等领域。近年来，随着新能源技术的发展，超级电容器应用场景日趋成熟，市场规模迅速扩大，下游应用对其性能提出更高的要求，在保持高功率密度的同时提升能量密度是超级电容器未来发展的迫切需求与目标。电极材料是超级电容器的核心，直接决定超级电容器的整体性能，因此，开发具有大容量、高稳定性的电极材料是关键。

有研究表明MOF及其衍生物是一种很有潜力的电化学储能材料(Adv. Mater.,2017, 29, 1703614; ACS Nano, 2017, 11, 5293 −5308.)。例如，Lee等人以对苯二甲酸为有机配体合成了Co-MOF薄膜，该薄膜电极材料显示出良好的赝电容行为，最大比电容为206.76 F g^-1（Microporous Mesoporous Mater., 2012, 153, 163–165.）。又如，CN110828193A公开了一种纳米花状Ni-MOF材料及其制备方法，利用乙酸镍、对苯二甲酸、十二烷基硫酸钠（SDS）和溶剂DMF、去离子水、无水乙醇，通过溶剂热法原位生长制得。作为超级电容器电极材料的应用，在0~0.5 V范围内充放电，在放电电流密度为1 A/g时，比电容为802~990 F/g。但是，上述MOF材料应用于超级电容器的比电容和循环稳定性有待进一步提升，以满足实际应用的需求。

因而，有必要提供一种简单易行、可控性强的超级电容器用MOF材料的制备方法，满足超级电容器电极材料的高性能要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于超级电容器电极的超薄二维纳米片层NiCo-MOF材料、其制备方法和应用。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于超级电容器电极的超薄二维纳米片层NiCo-MOF材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

（1）将镍盐、钴盐和咪唑类化合物溶于水中，得到混合溶液；其中，所述镍盐和钴盐的摩尔比为1:0.2~5，金属盐总量与咪唑类化合物的摩尔比为1:2~15，所述混合溶液中金属元素的总浓度为5 mmol/L~60 mmol/L；

（2）将所述混合溶液进行水热反应，分离出反应产物并干燥后得到NiCo-MOF材料。

本发明的方法中，镍元素和钴元素的摩尔比为1:0.2~5，例如1:0.2、1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4或1:5等。

本发明的方法中，金属盐总量与咪唑类化合物的摩尔比为1:2~15，例如1:3、1:5、1:7、1:10、1:12、1:14或或1:15等。此处的金属盐总量指镍盐和钴盐的总量。

本发明的方法中，混合溶液中金属元素的总浓度为5 mmol/L~60 mmol/L，例如5mmol/L、10mmol/L、20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L、50 mmol/L或60 mmol/L等。此处的金属元素的总浓度指镍元素和钴元素的总浓度。